1、輸電線路OPGW光纜兼做地線的熱穩(wěn)定計(jì)算李玉蛟廣東天能電力設(shè)計(jì)有限公司【摘 要 】隨著電力行業(yè)的發(fā)展，為滿足電力生產(chǎn)調(diào)度、電力系統(tǒng)自動(dòng)化的需求，OPGW光纜（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire）因?yàn)槠漭^高的可靠性、優(yōu)越的機(jī)械性能、較低的成本等顯著特點(diǎn)，在工程中得以廣泛應(yīng)用。本文結(jié)合工程實(shí)例，就OPGW光纜兼做地線時(shí)的熱穩(wěn)定性計(jì)算進(jìn)行討論。【關(guān)鍵詞】 OPGW 短路電流 電流分流 阻抗（正文）OPGW光纜（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire），又稱光纖架空復(fù)合地線，目前廣泛應(yīng)用于架空輸電線

2、路設(shè)計(jì)中，在使用OPGW光纜兼做地線時(shí)，除了要滿足光纖通信條件、線路的機(jī)械和電氣方面的要求外，為避免電力系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時(shí)的故障電流通過(guò)OPGW而產(chǎn)生過(guò)高的溫升導(dǎo)致OPGW 的光纖過(guò)熱損壞，須考慮OPGW 及與之并聯(lián)的另一側(cè)普通地線的電流分流情況，通過(guò)熱穩(wěn)定計(jì)算來(lái)確定OPGW及另一根地線的型號(hào)。下面結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)熱穩(wěn)定計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)剖析。由我院設(shè)計(jì)的“110千伏茅灣輸變電工程”，其接入系統(tǒng)如下：根據(jù)通信專業(yè)的的提資要求，需要在220kV欖州站110kV茅灣站、110kV大洲站110kV茅灣站各新建一根36芯OPGW通信光纜兼做地線，另外，220kV欖州站110kV大金線解口段新建一根24芯

3、OPGW通信光纜備用。原110kV大金線已有一根12芯OPGW通信光纜，因此解口后地線組合情況如下表：耐張段地線型式欖州站J1036芯OPGW+24芯OPGWJ10解口點(diǎn)124芯OPGW+普通地線J10茅灣站36芯OPGW+普通地線茅灣站解口點(diǎn)236芯OPGW+普通地線解口點(diǎn)2大洲站36芯OPGW+12芯OPGW根據(jù)以上地線分布情況，需要分別對(duì)每一段地線進(jìn)行熱穩(wěn)定性校驗(yàn)，為節(jié)約篇幅，本文僅對(duì)具有典型意義的茅灣站解口點(diǎn)2段進(jìn)行計(jì)算論述。1、短路電流持續(xù)時(shí)間的選取目前 OPGW 短路電流持續(xù)時(shí)間的取值主要有兩種思路。第一種是按系統(tǒng)單相短路故障后，主保護(hù)動(dòng)作，短路切除，按要求進(jìn)行重合閘，由于故障未消

4、除，重合閘不成功，主保護(hù)再次動(dòng)作。這樣短路電流持續(xù)等效時(shí)間包括了保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、通道延時(shí)、斷路器動(dòng)作時(shí)間、重合閘及保護(hù)再次動(dòng)作時(shí)間和短路電流的非周期分量的等值時(shí)間，綜合取值為0.250.5s。第二種是按系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障后，主保護(hù)不動(dòng)作，由失靈保護(hù)動(dòng)作，不考慮重合閘與短路電流的非周期分量，綜合取值仍然是0.250.5s。以上兩種思路第一種考慮了重合閘與短路電流的非周期分量的等值時(shí)間，但未考慮主保護(hù)不動(dòng)作這一可能；后一種思路考慮了主保護(hù)不動(dòng)作這一可能，假設(shè)了重合閘成功，忽略了短路電流的非周期分量的等值時(shí)間。兩種思路都未按線路最嚴(yán)重的故障情況對(duì)OPGW 短路熱穩(wěn)定能力進(jìn)行校驗(yàn)，但設(shè)計(jì)取值基本一致。從實(shí)

5、際工程意義上來(lái)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)主要線路均采用微機(jī)保護(hù)，主保護(hù)不動(dòng)作幾率極低，可不予考慮；但自動(dòng)重合閘和非周期分量均是實(shí)際工程中不容忽視的因素。近期國(guó)內(nèi)線路工程的OPGW設(shè)計(jì)廣泛采用0.250.5s 的短路電流持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)行情況良好。本工程取t=0.5s。2、地線允許短路電流的計(jì)算根據(jù)系統(tǒng)提資，欖州站110kV母線單相短路電流為12.06kA，茅灣站母線單相短路電流為9.46kA，大洲站母線單相短路電流為3.46kA。因此計(jì)算茅灣站解口點(diǎn)2時(shí)，選取單相短路電流為9.46kA。該段光纜及地線選型擬在中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公設(shè)備及通信設(shè)備框架招標(biāo)中選擇OPGW-36B1-79 77.0;54.0型

6、36芯OPGW光纜，線路另一側(cè)選取JLB4080鋁包鋼絞線，查得OPGW光纜參數(shù)其單根短路電流容量為54 kA²s。按短路電流持續(xù)時(shí)間按0.5S考慮，可計(jì)算其允許短路電流為10.39kA（目前OPGW光纜參數(shù)均提供短路電流容量，因此僅僅根據(jù)短路電流持續(xù)時(shí)間，通過(guò)C=I²t即可求得該光纜允許短路電流，而不在需要通過(guò)允許電流計(jì)算公式計(jì)算）。JLB4080鋁包鋼絞線的短路電流按短路熱穩(wěn)定允許電流計(jì)算公式1-1計(jì)算：式1-1： 式中：I 地線驗(yàn)算短路熱穩(wěn)定允許電流，A；C 載流部分熱容量，calm；C=S×D×A 載流部20時(shí)的電阻溫度系數(shù)，1/； 載流部20時(shí)

7、的電阻， /m；T 計(jì)算短路熱穩(wěn)定的時(shí)間，s； 地線初始溫度，；一般取40。 地線短路熱穩(wěn)定允許溫度，對(duì)鋼絞線為400,鋁包鋼絞線為300, 鋼芯鋁絞線為200；S比熱 ，卡/（ kg）D-密度，kg/m³A-導(dǎo)體截面，m²有關(guān)材料的物理參數(shù)如下：鋁鋼鋁合金鋁包鋼比熱 卡/（ kg）222116.5222密度kg/m³270378002700電阻率 歐姆28.264*10-9192*10-932.8*10-9查YB/T 124 1997電阻溫度系數(shù)（20） 1/查YB/T 124 1997注：由于多種金屬緊密接觸類絞線各種金屬充分接觸，因此可以假設(shè)短路時(shí)所有材料的

8、溫升相等，適宜用等溫法計(jì)算。考慮鋁與鋼溫度相等，將鋁包鋼當(dāng)成一種材料，該種材料的電阻、電阻溫度系數(shù)在YB/T 124-1997標(biāo)準(zhǔn)中查詢，熱容量分別計(jì)算鋁和鋼的熱容量后相加。由上式計(jì)算得JLB4080允許短路電流為12.08A。以上計(jì)算公式較為復(fù)雜，工程實(shí)際運(yùn)用中，OPGW對(duì)側(cè)分流地線還有兩種形式較為普遍，即鋼絞線及鋼芯鋁絞線，下面為大家提供DLT621交流電氣裝置的接地和導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定（DL-T 5222-2005）的計(jì)算公式：A金屬材料的截面積, mm2；t短路電流持續(xù)時(shí)間,秒；C1常數(shù),對(duì)鋼C1=70，對(duì)鋁C1=120（DLT621取值），C1=99（SDGJ14-1986取

9、值）說(shuō)明：DLT621中對(duì)上式的使用條件是短路起始溫度是40, 鋼的最高允許溫度400,鋁的最高允許溫度300。在GB 50545-2010確定的鋼絞線地線的最高允許溫度400，與上述條件相同,故上式可用于計(jì)算鋼絞線地線的最高允許電流。而GB 50545-2010確定的鋁絞線、鋼芯鋁絞線導(dǎo)地線的最高允許溫度是200，故DLT621取值不能用來(lái)計(jì)算鋼芯鋁絞線地線的允許短路電流。而在導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定（DL/T 5222-2005）中，其中常數(shù)對(duì)鋁C1取值為99，使用條件是短路起始溫度是40,鋁的最高允許溫度200,與GB 50545-2010確定的鋼芯鋁絞線導(dǎo)地線的最高允許溫度200相同

10、,故可以用該表達(dá)式計(jì)算鋼芯鋁絞線的允許短路電流(略去鋼芯不計(jì))。3、地線電流的分配比例地線電流分配比例可近似按下式計(jì)算：式中Id 1 、I d 2 分別為兩根地線中流過(guò)的電流，kA；Z d1、Z d 2 分別為兩根地線的自阻抗，/ km；Zk兩根平行地線間的互阻抗，/ km。互感阻抗：Zmn=0.05+j0.01451lg（D0/dmn）自阻抗：Znm=（R+0.05+j0.145lg（D0/re）上兩式中:D0地中電流的等價(jià)深度，初步計(jì)算中可概略的取D0=1000m。dmn=線間距離，m；R導(dǎo)（或地線）的電阻，/ km；re導(dǎo)線的有效半徑，m；取值見下表：R導(dǎo)線半徑，m。導(dǎo)線種類re取值有色

11、金屬絞線7股0.726R19股0.758R37股0.768R61股0.772R91股0.774R鋼芯鋁線0.81R空芯有色金屬絞線及忽略鋼芯影響的鋼芯鋁線兩層26股0.809R兩層30股0.826R三層54股0.81R單層鋼芯鋁線0.35R0.70R本工程慮到因受桿塔接地電阻的影響而有所降低，取折減系數(shù)為0.15，則有：Id 1（光纖）+I d 2（鋁包鋼）=0.85I=0.85×9.46=8.041kAId 1（光纖 ）/I d 2（鋁包鋼）=（0.944-0.326）/（1.120-0.326）=0.7783/1求得：Id1 =3.520kA10.39kA， Id2=4.521k

12、A12.0kA。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知，該段光纜的選取滿足熱穩(wěn)定性要求。結(jié)論：通過(guò)以上過(guò)程實(shí)例可以看出，OPGW光纜的熱穩(wěn)定計(jì)算較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中要明確計(jì)算思路，合理的選取計(jì)算參數(shù)，基本思路如下：1）選取合理的短路電流時(shí)間，目前偏保守可選取0.5s；2）計(jì)算每根地線的允許短路電流；3）計(jì)算地線的電流分配比例；4）按電流分配比例確定母線單相短路后需要流經(jīng)不同地線的短路電流；5）比較單相短路后流經(jīng)每根地線的短路電流與允許短路電流的大小；6）確定選型是否合理。參考文獻(xiàn)1 110750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)程（GB 50545-2010）2 孟遂民 孔偉架空輸電線路設(shè)計(jì)（“十一五”規(guī)劃教材）3 光纖復(fù)合架空地線（DL/T 832-2003）4 鋁包鋼絞